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2014年第一届海南省大学生结构设计竞赛赛题

2014年第一届海南省大学生结构设计竞赛赛题

竞赛主办单位:海南大学,海南省力学学会

竞赛承办单位:海南大学土木建筑工程学院

竹质多层塔式结构

一、竞赛模型

竞赛模型为多层塔式结构,采用竹质材料制作,具体结构形式不限。系统由底板、多层结构模型、顶部质量块、位移控制装置、加载测力装置几个部分构成。质量块通过热熔胶固定于塔顶,多层结构模型由参赛选手制作。模型称重后,先与竹质底板通过502胶粘结;之后,通过螺栓将竹质底板固定于钢质底板上,如图1所示。

二、模型要求

2.1几何尺寸要求:

(1) 底板:模型底板粘结在尺寸为34cm×34cm×10mm的竹板上(不计入模型总质量,且由主办方提供)。模型底板需限定在34cm×34cm平面范围,按图示要求预留螺栓孔。为保证模型与竹板间粘结的可靠性,请注意柱脚设计(计入模型总质量)。

(2) 模型大小:模型总高度H应为70~110cm,允许误差为±5mm。总高度为模型底板顶面至塔顶(模型顶面)上表面的垂直距离,但不包括塔顶质量块的高度。模型塔顶尺寸应保证质量块不超出楼层范围且不直接跟柱接触,模型底部柱外皮应该限定在22cm×22cm的正方形平面内,即整个模型需放置于该正方形平面范围内。

(3) 楼层数:模型层数不限,底板视为模型第一层楼板。顶层楼面须通过设置于边缘的梁予以明确定义。

(4) 楼层净高:每个楼层净高应不小于22cm。楼层净高是指该楼层主要横向构件顶部与其相邻的上一楼层主要横向构件底部之间的最小距离。若底板上设置有地梁,则第一层净高需自地梁顶部开始计算;若无地梁则从底板顶面开始计算。柱脚加劲肋、隅撑及其他外立面构件不影响计算楼层净高。

(5) 其他要求:模型只能通过地梁、柱子与底板粘接;在模型内部,楼层之间不能设置任何横向及空间斜向构件。

(6) 模型顶面为平面,应满足安全放置质量块的要求。

2.2模型及附加质量块安装要求:

(1)利用热熔胶将附加质量块固定在顶层上,可在顶层设置固定质量块辅助装置,但辅助装置不能超出楼层范围且不能直接跟柱接触。

(2) 举办方提供的混凝土质量块体积约为底边12cm×12cm,高19cm的长方体,质量约为6.8 kg。

(3) 加载点设在顶层板面标高位置。加载点粘结金属加载挂钩,需在比赛前安装好。加载位置可以适当加强,具体形式由参赛队员自行设计。

图1 模型立面示意图(单位:mm)

图2 模型底板示意图(单位:mm)

三、加载设备介绍

模型加载采用水平静力加载方式。静力加载系统的主要组成部分及相关信息如图1所示。加载系统由矩形钢质底板(固定模型),水平力施加系统组成。

水平力施加系统由定滑轮,定滑轮支架,位移控制装置,测力计,钢丝绳等组

成。

四、加载与测量

4.1 荷载施加方式:

本次竞赛采用静力单向加载,即模型试验仅在单一水平向施加静力作用,模型的抗侧体系应在计算书中阐述清楚。试验时模型放置方向通过抽签挑边确定,如图2中安装底板标识(A或B) 所示。

加载共分四级进行,通过控制结构顶部水平侧移来获得相应的水平承载力。加载采用吊桶加砂的方式进行。力的大小采用测力计测量,其测量误差为0.5 N/1000N。加载对应的四级控制侧移如表1所示。

注:H

4.2 模型失效评判准则:

在进行加载时,出现下列任一情形则判定为模型失效,不能继续加载。届时,将上一个加载级别视为该模型实际所能通过的最高加载级别,并作为模型效率比计算的依据(参见第七项:评分标准)。

(1) 第一级加载时:模型中的任一构件出现破坏;

(2) 第二级加载时:模型的主要构件——梁和柱中任一构件出现破坏;

(3) 第三、四级加载时:模型整体或任一楼层发生坍塌或任一柱脚脱离底板;

(4) 每一级加载过程中有质量块脱落。

上述失效准则中的“构件破坏”定义为构件出现明显开裂、断开或者节点脱开。

五、模型材料

竞赛期间,承办方为各队提供如下用于模型制作的材料及工具。

(1) 竹材:用于制作结构构件。有以下三种规格:

竹材规格款式

1250×430×0.50mm 本色侧压双层复压竹皮

1250×430×0.35mm 本色侧压双层复压竹皮

1250×430×0.20mm 本色侧压单层复压竹皮

竹材力学性能参考值:弹性模量1.0×104MPa,抗拉强度60MPa。

竹材供应参考单位:杭州邦博(BAMBOO)科技有限公司,王军龙130 **** **** 地址:杭州市文一路310号中竹大厦国家林业局竹子研究开发中心

(2) 502胶水:用于模型结构构件之间的连接。

(3) 热熔胶:用于质量块与模型的固定。

(4) 模型底板:底板厚度约10mm,长与宽分别为34cm和34cm。底板上除

预设孔洞外,不得另行钻孔。

(5) 制作工具:美工刀、钢尺、砂纸、锉刀、改锥、小型锯子。

六、模型现场安装、加载及测试步骤

6.1赛前准备:

(1) 将模型安装在竹制底板(已经称好重量)上,进行高度测量,测出每一层的垂直高度h i ;测出模型实际总高度H ;以上高度计量单位均为mm ;

(2) 模型称重:将制作好的模型(需减去底板、质量块)称重(精度0.1g );

(3) 得到入场指令后,迅速将模型及底板运进场内,安装在钢质底板上,紧固螺栓,并固定质量块,准备进行加载。赛场内安装时间不得超过10分钟;

(4) 以上过程由各队自行完成,赛会人员负责监督、标定测量仪器和记录。如在此过程中出现模型损坏,则视为丧失比赛资格。

6.2加载及测试步骤:

(1) 参赛队代表进行2分钟陈述;

(2) 依次进行四级加载,每级加载完成后依据4.2的失效评判准则评价模型是否失效。

七、评分标准

7.1总分构成:

结构评分按总分100分计算,其中包括:

(1) 计算书及设计图 10% (共10分)

(2) 结构选型与制作质量 10% (共10分)

(3) 现场表现 5% (共 5分)

(4) 加载表现评分75% (共75分)

7.2评分细则

A. 计算书及设计图

(1) 计算内容的完整性 (共6分)

(2) 图文表达的清晰性、规范性 (共4分) 注:计算书要求包含:结构选型、结构建模及主要计算参数、受荷分析、节点构造、模型加工图(含材料表)。

B. 结构选型与制作质量

(1) 结构合理性与创新性 (共6分)

(2) 模型制作美观性 (共4分)

C. 现场表现

(1) 现场陈述 (共3分)

(2) 现场答辩 (共2分)

D. 加载表现评分

加载环节的表现将根据其效率比E i 的计算结果来进行评分。效率比E i 的计算如式(2)所示:

s

i W F E 100 (2) 其中各项指标的意义与计算如下:

F 为作用在结构顶部的水平力(单位,N ),即采用模型失效前所对应的那一级荷载。

W s 为模型(不含底板、螺栓和上部质量块)重量(单位,N )。 设E max 为所有模型中的最高效率比,则各模型的加载表现分K 的计算公式如下: 75max

?=E E K i (3) 以上A-D 各项得分相加,分数最高者优胜。

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